1.1.Классификация и строение углеводов
С химической точки зрения углеводы являются полигидроксиальдегидами, полигидроксикетонами или же соединениями, превращающимися в них при гидролизе. Простейшие углеводы, не гидролизующиеся в более простые, называются моносахаридами, или монозами. Углеводы, при гидролизе которых образуются две молекулы моносахаридов, называются дисахаридами, или биозами. При гидролизе полисахаридов, или полиоз, образуется несколько молекул моноз. Суффикс –оза означает “сахар”.
Монозы, содержащие альдегидную группу, называются альдозами, а кетонную – кетозами. В зависимости от числа атомов углерода в молекуле моносахарида его называют триозой (содержит три атома углерода) – С3Н6О3, тетрозой – С4Н8О4, пентозой – С5Н10О5, гексозой – С6Н12О6 и далее. В моносахаридах имеется несколько асимметрических центров, и поэтому для их написания чаще всего пользуются проекционными формулами Фишера.
Альдозой является глицериновый альдегид. Имея один асимметрический атом углерода, он существует в виде двух энантиомеров – 2(R),3-дигидроксипропаналя и 2(S),3-дигидроксипропаналя.
До появления R,S-номенклатуры для обозначения конфигурации использовали D,L-систему, которую иногда для углеводородов и аминокислот применяют и в настоящее время. По этой номенклатуре 2(R),3-дигидроксипропаналь будет называться D(+)-глицериновым альдегидом, а его S-энантиомер – L(-) глицериновым альдегидом. Монозы с конфигурацией заместителя у предпоследнего атома углерода такой же, как у D-глицеринового альдегида, относятся к D-ряду, а с конфигурацией заместителя, как у L-глицеринового альдегида, к L-ряду.
Стереохимию и номенклатуру альдоз легче всего понять из табл. 1, в которой приведены альдозы D-ряда, но ею можно пользоваться и для написания формул альдоз L-ряда. Альдозы одинакового названия, но разных рядов являются энантиомерами, а поэтому для написания альдозы L-ряда необходимо нарисовать зеркальное отображение формулы D-ряда. Например:
1. Какие из перечисленных сахаров относятся к альдозам и кетозам, какие из них являются триозами,пентозами,гексозами: а) L-глюкоза; б) L- глюкоза; в) L-мальтоза; г) L-фтуктоза; д) L-рибоза; е)глицериновый альдегид.
2.Хотя D-глюкоза относится к D-ряду из-за ее конфигурации при С5, обращение конфигурации при С5 не делает ее L-глюкозой. Почему? Что произойдет при таком обращении конфигурации?
3. Почему большинство сахаров хорошо растворимы в воде?
4. Приведите примеры перечисленных ниже сахаров. Напишите их структурные формулы и названия (не используйте один и тот же пример дважды): а) альдоза; б) кетоза; в) альдогексоза; г) альдопентоза; д) кетогексоза; е) моноза; ж) триоза; з)дезоксисахар.
5. Есть ли какая-нибудь связь (если есть, то какая) между обозначениями “трео”- и “эритро”- и структурами сахаров треозы и эритрозы?
1.2. Важнейшие моносахариды
Наиболее распространенным моносахаридом является альдогексоза – D-глюкоза (виноградный сахар, декстроза). Она содержится в винограде и других фруктах, является структурным звеном сахарозы, клетчатки и крахмала. В крови содержится около 0,1% D-глюкозы. Это энергетическое сырье человеческого организма; кровь разносит ее по всем клеткам. В клетках глюкоза окисляется до диоксида углерода и воды, а выделяющаяся при этом энергия потребляется клеткой.
Другим очень важным моносахаридом является кетогексоза – D-фруктоза (фруктовый сахар, левулоза), она входит в состав сахарозы и полисахарида инулина, встречающегося во фруктах. Необходимо запомнить формулы еще двух альдогексоз: одна их них отличается от глюкозы расположением гидроксила у второго атома углерода – это D-манноза, а вторая – расположением гидроксила у четвертого атома углерода – это D-галактоза.
Кроме гексоз большое значение имеют пентозы. Например, D-рибоза, которая входит в состав нуклеиновых кислот. В состав нуклеиновых кислот входит также 2-дезокси-D-рибоза, отличающаяся от D-рибозы отсутствием гидроксильной группы у второго атома углерода.
6.Нарисуйте проекции Фишера следующих сахаров: а) L-глюкозы; б) L- галактозы; в) L-мальтозы; г) L-фтуктозы; д) L-рибозы; е) L-дезоксирибозы.
7.По R,S-системе Кана, Ингольда, Прелога обозначьте абсолютную конфигурацию асимметрических центров: а) D-глюкозы; б) D-фруктозы; в) D-галактозы; г) D-маннозы; д) D-рибозы; е) L-глюкозы.